DE2938767A1

DE2938767A1 - Handhabungseinrichtung, insbesondere fuer industrieroboter

Info

Publication number: DE2938767A1
Application number: DE19792938767
Authority: DE
Inventors: Peter Schmid
Original assignee: SSIH Management Services SA
Current assignee: MICROBO AG 2035 CORCELLES CH
Priority date: 1979-06-19
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1981-01-15
Also published as: GB2053145B; DE2938767C2; IT1131283B; US4329111A; CH637869A5; GB2053145A; JPS587433B2; FR2459112A1; FR2459112B1; JPS569193A; IT8022587A0

Description

DIPL-ING. SCHWA&E'"; DR. F)R^AKDMAiR

PATENTANWÄLTE

Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte: 30 396

25. Sep. 1979

SocieteSuisse pour I¹Industrie Horlogere Management Services SA

Handhabungseinrichtung, insbesondere für Industrieroboter

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r (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo Bank MUnchrn 441(1122850

988273 BERGSTAPKPATENT München (BLZ 70020011) S»ifl Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Btyec Vereinshank München 4531110(Bl-Z 70020270) 983310 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

Handhabungseinrichtung, insbesondere für Industrieroboter

Die Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung, insbesondere für Industrieroboter, mit einem an einem Support angebrachten gelenkigen Arm mit mindestens einem ersten, zweiten und dritten von je einem Antriebsorgan antreibbarem Glied, wobei das erste Glied gelenkig mit dem Support, das zweite Glied gelenkig mit der. ersten Glied und das dritte Glied gelenkig mit dem zweiten Glied verbunden ist und das erste Glied Teil eines ersten Hebelparallelograrnms und das zweite und dritte Glied Teile eines zweiten Hebelparallelogramms bilden, mit mindestens einem am dritten Glied angeordneten Greifer oder Werkzeug. Eine solche Handhabungseinrichtung ist bereits aus der US-PS 3 703 968 bekannt, wobei jedoch für das dritte Glied kein spezielles Antriebsorgan vorgesehen ist, so dass dieses nicht selbständig in Bezug auf die übrigen Glieder bewegt werden kann. Des weiteren sind bei der vorbekannten Handhabungseinrichtung die Antriebsorgane an den Gliedern oder Hebeln des gelenkigen Armes befestigt, so dass dieser auch deren Gewicht tragen muss. Die vorbekannte Handhabungseinrichtung hat daher eine beschränkte Beweglichkeit. Infolge des Gewichts der Antriebsorgane besteht auch die Tendenz

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zum Durchbiegen, was die Positionierungsgenauigkeit erheblich beeinträchtigt. Es können keine hohen Positioniergeschwindigkeiten erzielt werden, weil die Masse der zu beschleunigenden Teile gross ist und auch die. Gefahr von unerwünschten Schwingungen besteht. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Handhabungseinrichtung besteht darin, dass sie komplizierte Bewegungsfunktionen aufweist, welche es schwierig machen, einen Antrieb so zu programmieren, dass der Greifer zu einer vorbestimmten Koordinate geführt wird. Die vorbekannte Handhabungseinrichtung ist denn auch nicht für einen Industrieroboter geschaffen worden, sondern für Handsteuerung mittels einer Hydraulik, wo die Bedienungsperson Gelegenheit hat, den Weg des Greifers zur vorbestimmten Stelle zu steuern und gegebenenfalls zu korrigieren.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handhabungseinrichtung der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, dass die einzelnen Glieder klar überblickbare Bewegungen durchführen, die leicht programmiert werden können^und dass eine hohe Positioniergenauigkeit und eine hohe Positioniergeschwindigkeit erzielt wird.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass das erste Glied des gelenkigen Armes ebenfalls Teil eines dritten Hebelparallelogramms ist, dass die Antriebsorgane für die verschiedenen Glieder auf dem Support angeordnet sind, dass das erste Antriebsorgan mit dem genannten ersten Glied, das zweite Antriebsorgan mit einem Hebel des dritten Hebelparallelogranms und das dritte Antriebsorgan mit einem Hebel des ersten Parallelogramms in Wirkverbindung steht, das Ganze derart, dass eine Schwenkung des jeweils vom entsprechenden Antriebsorgan angetriebenen Hebels die gleiche Schwenkung des zweiten Glieds um den Drehpunkt, bzw. des dritten Glieds um den Drehpunkt bewirkt. Dank diesen übersichtlichen Bewegungsverhältnissen lässt sich die Bewegung des

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Greifers oder Werkzeugs leicht programmieren. Da ferner das Hebelsysten nicht durch die Masse der Antriebsorqane belastet wird, kann es leicht, aber dennoch weitgehend durchbiegungssicher konstruiert werden, was eine hohe Positioniergenauigkeit gewährleistet und auch hohe Positioniergeschwindigkeiten erlaubt.

Zweckmässigerweise weisen das erste Glied des Arms, ein Hebel des ersten Parallelogramms und ein Hebel des dritten Parallelogramms eine gemeinsame Drehachse am Support auf. Dies ermöglicht eine einfache Konstruktion. Eine weitere Vereinfachung wird dadurch erzielt, dass das erste und das zweite Hebelparallelogramm einen gemeinsamen Hebel aufweisen. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zu mindestens einem der Hebelparallelogramme ein zu diesen versetzt angeordnetes Hilfsparallelogramn vorgesehen ist. Dadurch lässt sich der Bewegungsbereich der Handhabungseinrichtung vergrössern, weil dann die Bewegungen nicht mehr durch den Totpunkt eines Hebelparallelogranms begrenzt werden. Vorteilhaft hat das jeweilige Hilfsparallelogramm ein oder zwei Glieder des Armes und zwei oder einen Hebel des Hebelparalellogramms gemeinsam. Wird für das erste und das zweite Kebelparallelogramm je ein Hilfsparallelogramm vorgesehen, können sie einen gemeinsamen Hebel aufweisen. Zweckmässigerweise stellt der gemeinsame Hebel der Hebelparallelogramme auch den gemeinsamen Hebel der Hilfsparallelogramme dar. Auf diese Weise können weitere Teile eingespart und die Masse des Arms klein gehalten werden.

Zweckmässigerv/eise wird die Handhabungseinrichtung so ausgebildet, dass das erste Glied sowie die am Support eine gemeinsame Drehachse mit dem ersten Arm aufweisenden Hebel je ein Zahnradsegment besitzen, in dessen Zähne ein Ritzel des entsprechenden Antriebsorgans eingreift. Dabei kann auf jedem Zahnradsegment ein zweites Zahnradsegment vorgesehen sein, das um seine Drehachse relativ zum ersten Zahnradsegment durch Federkraft verschiebbar ist, um eine spielfreie Kraftübertragung in beiden Richtungen zu gestatten.

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Un eine möglichst verwindungssteife Ausführuna des gelenkigen Arms zu ermöglichen, weist mindestens eines der Glieder zwei parallel in Abstand voneinander angeordnete Anlonkarme oder Teile auf, die durch einen Steg miteinander verbunden sind.

Vorteilhaft ist der Support drehbar oder verschwenkbar an einer Säule gelagert und auf dem Support ein viertes Antriebsorgan vorgesehen, um den Support in eine vorbestimmte Lage zu bewegen.

Als Antriebsorgane eignen sich vorteilhaft digital gesteuerte Motoren, z. B. Schrittschaltmotoren.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei Bezug auf die Zeichnung genommen wird. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Handhabungseinrichtung mit einem dreigliedrigen Arm und einem Greifer,

Figur 2 eine entsprechende schematische Darstellung, wobei die Bewegung des am Support angelenkten ersten Gliedes dargestellt wird,

Figur 3 eine entsprechende schematische Darstellung einer Bewegung des zweiten Gliedes,

Figur 4 eine entsprechende schematische Darstellung einer Bewegung des dritten Gliedes,

Figur 5 eine schematische Darstellung der Handhabungseinrichtung in der Ausgangsstellung von Figur 4, wobei aber noch die in den übrigen Figuren nicht dargestellten Hilfsparallelogramme eingezeichnet sind,

Figur 6 eine perspektivische Darstellung der Handhabungseinrichtung,

Figur 7 eine weitere perspektivische Darstellung der Handhabungseinrichtung wie in Figur 6, jedoch von einer anderen Seite her gesehen.

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Bei der in Figur 1 schematisch dargestellten Handhabuncfseinrichtunrj besteht der Arm 10 aus einem ersten Glied 11, einem zweiten Glied 13 und einem dritten Glied 15. Diese Glieder 11, 13, 15 sind zur Unterscheidung zu den übrigen Hebeln, wenigstens soweit sie Teile des Arms 10 bilden, dicker eingezeichnet. Die Glieder 11, 13, 15 bilden ebenfalls Teile von drei Hebelparallelogrammen 17, 19, 21. Das erste Hebelparallelogramm 17 besteht aus dem Glied 11 und den Hebeln 22, 23, 29und besitzt die Drehachsen 25 bis 28. Dos zv/eite Hebelparallelogramm 19 besteht aus den Gliedern 13, 15 und den Hebeln 29 und 31 und besitzt die Drehachsen 26, 33 bis 35. Es ist ersichtlich, dass das erste und zweite Hebelparallelogramm 17, 19 den Hebel 29 gemeinsam haben. Das dritte Hebelparallelogramm 21 besteht aus dem Glied 11, einer Verlängerung des Glieds 13 und den Hebeln 37 und 38. Das dritte Hebelparallelogramm 21 hat also mit dem ersten Parallelogramm das Glied 11 und nit dem zweiten Parallelo- <-τ·~.rη Crin <"■ Ii cc" 13 gemeinsam. Es besitzt die Drehachsen 25, 26, 39, 41.

In üblicher Weise sitzt am Ende des Arms 10 ein Greifer 40, der von bekannter Konstruktion sein kann. An der Stelle des Greifers 40 kann jedoch auch ein Werkzeug oder dergleichen angeordnet sein.

Es ist nun zu beachten, dass das Glied 11 und die Hebel 22 unr 38 die gleiche Drehachse 25 am Support 43 besitzen. Es ist daher möglich und auch zweckmässig, auf dem Support 4 3

Antriebsorgane 45, 47 und 49 vorzusehen, welche über Ritzel _trad

55, 57, 59 Zahn^segmente 65, 67, 69 antreiben. So wird erreicht, dass das Gewicht der Antriebsorgane den Arm 10 nicht belastet.

Weiter können Mittel (nicht eingezeichnet) vorgesehen sein, um den Support 4 3 um eine Achse 70 zu drehen.

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Im Betrieb der Handhabun^seinrichtung können die verschiedenen Antriebsorganc 45. 4 7 und 4 9 ie nach Bedarf einzeln oder gleichzeitig arbeiten. Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Handhabungseinrichtung werden aber nachfolgend in den Figuren 2 bis 4 die Bewegungen der Glieder 11, 13 und 15, die durch den Antrieb des jeweiligen Glieds 11, 38 unc³ 22 erfolgen, einzeln dargestellt, wobei jeweils angenommen wird, dass je zwei Hebel oder Glieder blockiert seien. So sind in Figur 2 die Hebel 22 und 38 blockiert. Entsprechendes gilt in Figur 3 für das Glied 11 und den Hebel 22 und in Figur 4 für den Hebel 38 und das Glied 11.

Aus Figur 2 ist nun ersichtlich, dass bei einer Drehung des Glieds 11 um den Winkel o< das Glied 15 parallel geführt wird. Auch bei der in Figur 3 gezeigten Bewegung des Hebels 38 um den Winkel β wird das Glied 15 parallel geführt und das Glied 13 beschreibt bei seiner Drehung um die Drehachse 26 einen Winkel von gleicher Grosse wie der Hebel 38. Aus Figur 4 ist schliesslich ersichtlich, dass bei einer Bewegung des Hebels 22 um den Winkel Ip auch das Glied 15 um die Drehachse 33 einen Winkel von gleicher Grosse beschreibt. Es handelt sich also bei all diesen Bewegungen um solche, die mathematisch leicht erfassbar und daher auch leicht programmierbar sind.

Je nach dem Bereich der Bewegungen, die von der Handhabungseinrichtung durchgeführt werden müssen, müssen Mittel vorgesehen werden, um Totpunkte im Hebelsystem zu überwinden. Dazu dienen vorteilhaft zu den Hebelparallelogrammen versetzt angeordnete Hilfsparallelogramme. Zwei solche Hilfsparallelogramne sind in Figur 5 dargestellt. Dort sind die bisher betrachteten Elemente dick und die neuen ElementeVdünn dargestellt. Die schraffierten Flächen zeigen, welche Drehpunkte die bisherigen Hebel oder Glieder zusätzlich noch aufweisen müssen. So besitzt der Hebel zusätzlich die Drehachse 73, Hebel 29 zusätzlich die Drehachse 75, 80 und Glied 15 zusätzlich die Drehachse 81.

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Das dem ersten Hebelparallelogramm 17 entsprechende Hilfsparallelogramm 71 weist im Wesentlichen den zusätzlichen Hebel 72 auf. Dieser ist bei 73 am Hebel 22 und bei 75 an Hebel 29 angelenkt und verläuft parallel zum Glied 11.

In entsprechender Weise.besitzt das dem zweiten Hebelparallelogramm 19 entsprechende zweite Hilfsparallelogramm 77 den zusätzlichen Hebel 79. Dieser ist bei 81 am Glied 15 und bei 80 an Hebel 29 angelenkt und verläuft parallel zum Arm 13. Das jeweilige Hilfsparallelogramm hat also ein oder zwei Glieder des Armes und zwei oder ein Hebel des Hebelparallelogramms gemeinsam. Der Hebel 29 dient sowohl den beiden Hebelparallelogrammen .17 und 19 als auch den beiden Hilfsparallelogrammen 71 und 77, was eine besonders einfache Konstruktion ergibt.

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine praktische Ausführungsform der in Bezug auf die Figuren 1 bis 4 beschriebenen und mit HiIfsparallelogrammen gemäss Figur 5 versehenen Handhabungseinrichtung. In den Figuren 6 und 7 werden wiederum für die Glieder, Hebel, Drehachsen usw. die gleichen Bezugszeichen wie in den vorangehenden Figuren verwendet, so dass es genügt, nunmehr lediglich einige zusätzliche besondere Ausgestaltungen näher zu beschreiben.

Der Support 43 mit dem Arm 10 und den Antriebsorganen 45, 47, 49 und 82 ist auf einer Säule 83 drehbar oder schwenkbar gelagert. Zum Drehen oder Verschwenken des Supports 4 3 dient das Antriebsorgan 82, das wie die übrigen Antriebsorgane ein Schrittschaltmotor sein kann und mit dem Ritzel 85 in das Zahnrad oder Zahnsegment 87 eingreift. Das Zahnrad oder Zahnsegment besteht aus einer ersten und einer zweiten Scheibe 87', 87" , die durch eine nicht eingezeichnete Feder zueinander verdrehbar vorgespannt sind, so dass das Ritzel 85 spielfrei eingreift. Dadurch wird die Positioniergenauigkeit erhöht. Auch die Zahnradsegmente 65, 67, 69 sind in entsprechender Weise ausgebildet.

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Die Glieder 11, 13, 15 weisen zwei in Abstand voneinander angeordnete Anlenkarme oder Teile II¹, 11" , 13', 13" , 15', 15" auf, die durch einen Steg 11'", 13'", 15'" miteinander verbunden sind. Die Glieder des Armes 10 besitzen daher eine leichte Konstruktion, besitzen aber dennoch eine gute Lagerung auf den Drehachsen 25, 26, 33, so dass eine grosse Verwindungssteifigkeit des Armes 10 erzielt wird. Auf den Figuren 6 und 7 ist der Greifer 40 nicht eingezeichnet. Er kann an der Achse 93 befestigt werden. Zum Drehen des Greifers dient das Zahnrad 90, das vom Antriebsorgan 91, z. B. einem kleinen Schrittschaltmotor über ein Ritzel 92 antreibbar ist. Die Achse 9 3 ist mit dem Zahnrad 90 verbunden.

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Claims

■ * ' N Q, 8 T A P P Anwaltsakte: 30 396 ' ^wncN ■· · ^^^tKntcHtnarH 45

Patentansprüche

( 1.J Handhabungseinrichtung, insbesondere für Industrieroboter, nit einem an einem Support angebrachten gelenkigen Arm mit mindestens einem ersten, zweiten und dritten von je einem Antriebsorgan antreibbarem Glied, wobei das erste Glied gelenkig mit dem Support, das zweite Glied gelenkig mit dem ersten Glied und das dritte Glied gelenkig mit dem zweiten Glied verbunden ist und das erste Glied Teil eines ersten Hebelparallelogramms und das zweite und dritte Glied Teile eines zweiten Hebelparallelogramms bilden, mit mindestens einem am dritten Glied angeordneten Greifer oder Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glied (11) des gelenkigen Armes (10) ebenfalls^ Teil eines dritten Hebelparallelogramms (21) ist, dass die Antriebsorgane (45, 47, 49) für die verschiedenen Glieder (11, 13, 15) auf dem Support (43) angeordnet sind, dass das erste Antriebsorgan (45) mit dem genannten ersten Glied (11), das zweite Antriebsorgan (4 7) mit einem Hebel (38) des dritten Hebelparallelogramms (21) und das dritte Antriebsorgan (49) mit einem Hebel (22) des ersten Parallelogramms (17) in Wirkverbindung steht, das Ganze derart, dass eine Schwenkung (C f) des jeweils vom entsprechenden Antriebsorgan angetriebenen Hebels (38, 22) die gleiche Schwenkung (^₁T) des zweiten Glieds (13) um den Drehpunkt (26), bzw. des dritten Glieds (15) um den Drehpunkt (33) bewirkt.
2. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glied (11) des Arms (10), ein Hebel (22) des ersten Parallelogramms (17) und ein Hebel (38) des dritten Parallelogramms (21) eine gemeinsame Drehachse (25) am Support (43) aufweisen.
3. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Hebelparallelogramm (17, 19) einen gemeinsamen Hebel (29) aufweisen.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu mindestens einem der Hebelparallelogramme (17, 19) ein zu diesen versetzt angeordnetes Hilfsparallelogramm (71, 77) vorgesehen ist (Fig. 5)..
5. Handhabungseinrichtunq nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Hilfsparallelogramm (71, 77) ein oder zwei Glieder (11; 13, 15) des Armes (10) und zwei oder ein Hebel (22, 29; 29) des Hebelparallelogramms (19, 17) gemeinsam hat.
6. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste und zweite Hebelparallelogramm (17, 19) je ein Hilfsparallelogramm (71, 77) vorgesehen ist, welche einen gemeinsamen Hebel (29) aufweisen.
7. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Hebel (29) der Hebelparallelograreme (17, 19) auch den geneinsamen Hebel (29) der Hilfsparallelogramme (71, 77) darstellt.
8. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glied (11) sowie die am Support (43) eine gemeinsame Drehachse (25) mit dem ersten Glied (11) aufweisenden Hebel (38, 22) je ein Zahnradsegment (65, 67, 69) besitzen, in dessen Zähne ein Ritzel (55, 57, 59) des entsprechenden Antriebsorgans (45, 47, 49) eingreift.
9. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Zahnradsegment ein zweites Zahnradsegment vorgesehen ist, das um seine Drehachse relativ zun ersten Sahnradsegment durch Federkraft verschiebbar ist, um eine spielfreie Kraftübertragung in beiden Richtungen zu gestatten.

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10. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Glieder (11, 13, 15) zwei parallel in Abstand voneinander angeordnete Anlenkarme oder Teile (H¹, 11", 13', 13", 15', 15",) aufweist, die durch einen Steg (H"¹, 13"', 15'") miteinander verbunden sind (Fig. 6 und 7).
11. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Support (43) drehbar oder verschv/enkbar an einer Säule (83) gelagert ist und dass auf den Support (43) ein viertes Antriebsorgan (82) vorgesehen ist, um den Support in eine vorbestimmte Lage zu bewegen.
12. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Antriebsorgan (45, 47, 49, 82) ein digital gesteuerter Motor ist.

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